一種諧振式單級結構單開關多路恒流輸出功率因數(shù)校正變換器拓撲及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及多路恒流輸出應用，尤其是多串LED恒流驅動技術領域。
【背景技術】
[0002]LED照明技術是一種新型、清潔和高效的現(xiàn)代照明技術，具有節(jié)能、環(huán)保以及使用壽命長等顯著優(yōu)點。雖然LED高效節(jié)能照明技術有如此多的優(yōu)勢，但由于LED發(fā)光的非線性和對溫度的敏感性，需采用恒流驅動。因此使用LED照明時，必須使用恒流驅動器為LED提供恒流電源。同時，為了使LED驅動電路對電網的諧波污染達到規(guī)定要求，通常需要采用功率因數(shù)校正技術。根據(jù)現(xiàn)有的技術，驅動電路可以采用兩種結構:一種是兩級結構，先使用一級PFC電路將交流電轉變?yōu)槟妇€直流電，第二級再使用合適的隔離型拓撲，將母線直流電轉變?yōu)樗枰腖ED驅動電流；第二種是單級結構，直接用一級電路，同時實現(xiàn)功率因數(shù)校正和提供所需的LED驅動電流的要求。
[0003]目前，在照明應用場合，如路燈、大型背光等，單顆或若干顆LED燈的功率等級是完全不夠的，必須使用串并聯(lián)多顆LED才能達到所需的功率等級。但在串并聯(lián)結構中，由于各LED串伏安特性不一致，將導致正向電壓較低的LED串流過較大電流，長時間易燒毀正向電壓較低的LED串。為了實現(xiàn)每串LED的發(fā)光強度以及熱效應一致，就必須解決LED串之間的電流均衡問題。
[0004]現(xiàn)有的LED均流技術基本上可以分為兩大類，即有源均流技術和無源均流技術。有源均流技術是通過有源器件和相應的控制電路組成一個電流調節(jié)器，再和相應的LED串串聯(lián)在一起，獨立調節(jié)每路LED的電流。但有源均流技術存在電路7Π器件多、控制電路復雜和成本高等缺點。而傳統(tǒng)的無源均流技術主要有均流變壓器式、電容充放電平衡式以及LCT-T諧振網絡式三類。其中，均流變壓器式的均流方案所需的均流變壓器感量大，體積大，均流精度差且N路輸出需要N-1個均流變壓器，電路復雜。而電容充放電平衡式方案雖然電路簡單，但現(xiàn)有方案需要前級提供恒流源。LCT-T諧振網絡式方案若需N路恒流輸出則需要N個LCT-T諧振網絡，因此電路元件多，體積大。同時，這三種無源均流方式均需外加一級功率因數(shù)校正電路來減少對電網的諧波污染。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供的電路拓撲，克服了現(xiàn)有無源及有源均流技術的以上缺點。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是:采用單級結構單開關多路恒流輸出功率因數(shù)校正變換器的副邊諧振電容的充放電平衡方案同時實現(xiàn)各輸出支路恒流及功率因數(shù)校正功能。具體做法是:
[0007]一種諧振式單級結構單開關多路恒流輸出功率因數(shù)校正變換器，由輸入整流電路DB、輸入濾波電路F、變壓器T、開關管S、與副邊諧振及輸出網絡(SR/0)組成的主電路和采樣控制電路構成，主電路用一個有源開關、一個磁性器件和2N-1個諧振電容同時實現(xiàn)2N路恒流輸出和功率因數(shù)校正功能；以雙路(即N = 2)輸出為例，其拓撲形式為:整流濾波后，變壓器的原邊與開關管S串聯(lián)后接地；副邊接諧振電容Cr后再接兩條輸出支路，通過兩個二極管Dl和D2的單向導電性來控制兩條輸出支路的電流方向互為相反，使得副邊電流雙向流動，從而實現(xiàn)副邊諧振電容的充放電平衡；控制器Con采樣任一支路的輸出電流進行恒流控制，利用副邊諧振電容Cr充放電平衡原理實現(xiàn)各輸出支路的恒流控制。
[0008]這樣，利用變壓器副邊漏感與副邊諧振電容進行諧振，利用變壓器副邊兩條輸出支路的兩個二極管的單向導電性實現(xiàn)副邊電流的雙向流動，從而為副邊諧振電容充放電提供通路。穩(wěn)態(tài)時，在一個開關周期內，副邊諧振電容充放電平衡。由于各支路輸出電容的隔直流通交流特性，使得流過各輸出支路負載的電流為直流。又因為穩(wěn)態(tài)時副邊諧振電容充放電平衡，通過兩條輸出支路的電荷量相等，使得在每個開關周期內流過兩輸出支路負載的平均電流相等，因此實現(xiàn)了各輸出支路負載流過相等的直流電流。該方案變壓器原副邊電感電流工作在斷續(xù)導電模式或者臨界連續(xù)導電模式，利用較低的環(huán)路帶寬，變換器實現(xiàn)了功率因數(shù)校正功能。該方案通過控制某一輸出支路的輸出電流恒定，進而實現(xiàn)多路恒流輸出控制。
[0009]本發(fā)明的目的還在于，提供一種諧振式單級結構單開關多路恒流輸出功率因數(shù)校正變換器拓撲控制方法:采用單級結構單開關多路恒流輸出功率因數(shù)校正變換器的副邊諧振電容的充放電平衡方案同時實現(xiàn)各輸出支路恒流及功率因數(shù)校正功能，通過兩個二極管Dl和D2的單向導電性來控制兩條輸出支路的電流方向互為相反，使得副邊電流雙向流動，從而實現(xiàn)副邊諧振電容的充放電平衡；控制器(Con)采樣任一支路的輸出電流進行恒流控制，利用副邊諧振電容Cr充放電平衡原理實現(xiàn)各輸出支路的恒流控制。
[0010]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0011 ] 一、與現(xiàn)有的無源均流技術相比，本發(fā)明為單級結構，具有電路結構簡單，所用元器件少，體積小，成本低、電路控制簡單等優(yōu)點；
[0012]二、與現(xiàn)有的無源均流技術相比，本發(fā)明通過副邊諧振電容的充放電平衡，實現(xiàn)了各輸出支路的高精度均流，且只需控制任一支路輸出電流恒流，即可實現(xiàn)各輸出支路的恒流控制；
[0013]三、與現(xiàn)有的有源及無源均流技術相比，本發(fā)明僅需使用一個磁性元件和一個有源開關即可實現(xiàn)單級結構多路恒流輸出，并同時具有功率因數(shù)校正功能和較高的效率。
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
【附圖說明】
[0015]圖1為傳統(tǒng)的反激變換器結合均流變壓器實現(xiàn)各輸出支路均流的電路拓撲圖。
[0016]圖2為本發(fā)明諧振式單級結構單開關多路恒流輸出功率因數(shù)校正變換器及其控制方法的電路結構圖。
[0017]圖3為本發(fā)明采用無橋電路代替輸入整流電路(DB)的電路結構圖。
[0018]圖4為本發(fā)明以雙路輸出為實施例的電路拓撲圖。
[0019]圖5為本發(fā)明以雙路輸出為實施例，電感電流工作在斷續(xù)導電模式時的工作模態(tài)電路圖。
[0020]圖6為本發(fā)明以雙路輸出為實施例，電感電流工作在斷續(xù)導電模式的主要時域仿真波形圖(開環(huán))。
[0021]圖7為諧振式單級結構單開關雙路恒流輸出PFC變換器拓撲及其控制電路實施例，控制器實現(xiàn)電感電流斷續(xù)導電模式控制。
[0022]圖8為圖7實施例的仿真結果。
[0023]圖9為諧振式單級結構單開關雙路恒流輸出PFC變換器拓撲及其控制電路實施例，控制器實現(xiàn)電感電流臨界連續(xù)導電模式控制。
[0024]圖10為圖9實施例的仿真結果。
[0025]圖11為本發(fā)明拓展的諧振式單級結構單開關四路恒流輸出電路拓撲及其臨界連續(xù)導電模式控制電路圖。
[0026]圖12為圖11實施例的仿真結果。
【具體實施方式】
[0027]下面通過具體的實例并結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的描述。
[0028]如圖5和圖6所示，當電感電流工作在斷續(xù)導電模式時電路有四個模態(tài)。
[0029]Model:圖5中的模態(tài)一對應圖6中h時段，此時段開關管S導通，輸入電壓給初級勵磁電感